用混凝土扩大低碳设计和施工：实现建筑和基础设施净零排放

波士顿咨询集团合作 用混凝土推广低碳设计和施工 ：为建筑和基础设施开辟净零排放之路 WHITEPPERMRCh2023 图片:盖蒂图片社,Adobe的股票 内容 1介绍6 2低碳设计与施工的潜力9 3障碍比例12 4规模化低碳设计施工的七个步骤15 用混凝土 免责声明本文发表的 世界经济论坛是对项目、洞察领域或互动的贡献 。本文所表达的调查结果、解释和结论是世界经济论坛推动和认可的合作过程的结果，但其结果不一定 代表世界经济论坛的观点，也不代表其全体成员、合作伙伴或其他利益相关者的观点。 ©2023年世界经济论坛。保留所有权利。不得以任何形式或任何方式（包括影印和录音）或任何信息存储和检索系统复制或传播本出版物的任何部分。 2023年3月 用混凝土推广低碳设计和施工：为建筑和基础设施开辟净零排放之路 前言 杰里米·尤尔根斯世界经济论坛董事总经理 托马斯•第5期首席执行官 全球水泥和混凝土协会 玛尔塔Guzzafame 波士顿咨询集团董事总经理兼合伙人 通过建筑脱碳来缓解气候变化，更具体地说，建筑中使用的材料，如混凝土和钢材，是一个关键而复杂的优先事项。本报告重点介绍如何通过部署低碳设计技术和大规模使用低碳材料来应对减少水泥和混凝土排放的挑战。 在过去的几年中，我们的组织和其他组织做了大量工作，以创造公共和私人买家对低碳混凝土和建筑的需求，以促进对混凝土脱碳的投资。这项工作的例子包括我们以前的出版物，如《绿色公共采购：催化净零经济》和《低碳混凝土与建筑：绿色公共采购计划回顾》，这些出版物为绿色公共采购提供了框架;以及诸如在2022年11月的COP27上发起的先行者联盟等倡议 私营部门购买近零水泥和混凝土的承诺框架。 在我们之前的工作基础上，支持低碳的设计和建设 在大规模项目中，很明显，我们还必须让在项目采购和材料生产之间运作的设计和施工参与者参与进来，并就影响项目碳足迹的具体使用做出关键决策。建筑、工程和施工（AEC ）公司必须扩大低碳材料和设计技术的使用，以减少建筑物和基础设施的碳足迹。 为了编写这份报告，我们在AEC以及水泥和混凝土生产社区进行了一系列讨论。在这些讨论中，公司领导分享了他们的 与扩大低碳设计和减少混凝土排放有关的目标、战略、保留意见和挑战。我们遇到了一系列复杂的关切，在某些情况下还遇到了挫折，但也遇到了有希望的进展和创新的例子，这有助于形成这份报告。 本报告的目的是提供一个框架，通过价值链中的参与者可以采用的具体规模来扩展低碳设计。虽然我们的主要重点是AEC以及水泥和混凝土制造行业可以采取行动的解决方案，但我们也认识到项目买家和政府的关键影响，并包括他们可以采取的支持低碳设计的行动。此外，虽然本报告的重点 在水泥和混凝土上，所描述的许多想法可以应用于减少其他建筑材料和整个项目的排放。 实施这些解决方案并不容易，但定义它们是一个重要的起点，我们希望这将激发行动。企业脱碳承诺和绿色公共采购计划的趋势 随着公司实现其可持续发展目标的压力越来越大，这表明低碳材料的低碳设计和生产将越来越多地成为AEC公司和材料生产商需要采用的能力，以保持未来的竞争力。我们相信，开始推广低碳设计的企业 现在正在进行明智的投资，不仅在地球的可持续性方面，而且在业务的可持续性方面。 执行概要 世界正处于基础设施和建筑的繁荣之中。在全球每个地方 ，特别是在发展中国家，城市商业中心和住宅 随着经济的增长而扩张。与此同时，正在铺设和设计新的道路和桥梁，为移动部件、用品、制成品以及通勤者提供物流渠道，同时对旧的基础设施进行现代化改造。这对全球经济来说都是潜在的好消息，除了一个明显的缺点：建筑物和基础设施每年约占全球碳排放量的40%，约为150亿吨（Gt）。1 如果有增无减，这个数字可能会急剧增长，有效地削弱其他部门的脱碳努力。 这些排放的很大一部分是在资产使用之前释放的。材料的生产占建筑物排放的15-20%和基础设施排放的50-60%（见图1）。在建筑材料中，具体账户 约占建筑材料排放量的30%（见图2）和全球碳排放量的7%。2 然而，混凝土具有使其在建筑中无处不在和重要的品质 ——耐用性、弹性、热容量、当地可用性、相对可负担性和能力 满足高度可变的功能要求。因此，为了减少建筑物和基础设施的碳足迹，检查混凝土的制造和使用至关重要。2021年，水泥和混凝土行业通过全球水泥和混凝土协会发布了到2050年实现净零混凝土的路线图，其中确定了该行业整个价值链脱碳所需的行动和政策推动因素。路线图确定了低碳设计和施工的宝贵作用。 本文探讨如何规模这个杠杆。潜在的 AEC公司关于如何使用混凝土的决定对结构的生命周期排放 有影响，如果有意决定，可以通过多种方式减少结构的生命周期排放。最直接的是，使用近期（到2030年可用）技术对水泥制造过程进行脱碳，指定低碳混凝土配方，并优化材料使用量，可以通过以下方式减少混凝土的项目级碳排放 高达40%（见图4）。此外，可以优化结构设计中使用混凝土的方式，以提高其热效率、寿命和循环性，进一步减少其碳足迹。 的障碍 尽管减少建筑物和基础设施的碳排放是一个需要迅速采取行动的重要机会，但一系列障碍阻碍了当今大规模部署混凝土的低碳设计和施工。 首先，在项目的整个生命周期中测量碳排放，并使用数据来改进设计决策和跟踪进度，并不是行业标准。部分原因是生命周期碳评估计算的复杂性和缺乏可用的数据输入。它也可以归因于缺乏 政府、客户和公司的碳测量授权。 设计和建造过程中的碎片化也阻碍了实现低碳成果。设计和施工的不同阶段由不同的团队和公司处理，通常协调很少，限制了对供应链的可见性，阻碍了信息和想法的交流。 除了这些挑战之外，低碳设计技术和产品并不总是与行业规范和书面规范和标准保持一致，这使得公司部署它们存在风险。 也许最重要的是，许多客户，无论是公共还是私人客户，在采购决策中都没有优先考虑碳减排（这有时会增加材料和项目成本）。这不仅使AEC公司难以优先考虑低碳设计，而且在水泥制造商中造成了低碳产品需求的不确定性，阻碍了他们投资脱碳生产过程。这对低排放水泥和混凝土产品的经济性和供应产生了不利影响，造成了循环挑战，并使设计师对指定它们犹豫不决。 解决方案 本报告提供了一个由七部分组成的框架，以克服阻碍混凝土建筑和基础设施项目的低碳设计的挑战和担忧。制定这一框架需要AEC公司，水泥和混凝土制造商，项目买家和投资者以及政府的行动和支持。 用混凝土推广低碳设计和施工5 1.采用一致的生命周期排放测量 AEC公司必须进行项目级的生命周期碳评估，并始终如一地进行，以便为负责任的设计决策提供信息并建立问责制 。就水泥和混凝土行业而言，必须更频繁地提供详细的环境产品声明（EPD）。 2.提高整个价值链协作 在项目设计过程中加强AEC公司和混凝土制造商之间的沟通可以提高供应链的可见性并促进低碳项目成果。 3.降低风险通过驾驶、数据和参与 当标准、规范和行业规范反对减少建筑和基础设施项目的碳排放时，AEC公司以及水泥和混凝土生产商必须愿意通过与客户、学术界和行业机构的对话来推动变革，以开展试点、投资研究、收集耐久性数据和更新标准。 4.在广泛的领导支持下发展运营模式 AEC公司必须获得最高领导层的明确授权，优先考虑低碳设计，以便他们能够有效地提高技能并使团队能够实现低碳成果。 5.信号供给需求和规模 通过承诺为越来越多的低碳材料和项目进行指定和设计， AEC公司可以帮助水泥和混凝土制造商提供商业案例 投资大规模生产这些材料所需的工厂升级，提高其经济性和可用性。 6.在采购优先考虑碳减排 项目买家，无论是公共还是私人，都可以通过要求披露项目和材料排放并优先考虑碳减排，在推动AEC和水泥制造业采取行动方面产生有意义的影响 在合作伙伴选择和设计过程中。除了AEC公司的需求信号外，这也有助于推动对技术和制造的必要投资。 7.建立支持公共政策 政府可以通过一系列政策行动（包括监管、激励措施和资金）以及为应对关键行业挑战提供领导作用来支持上述步骤并加快进展。 鉴于减少建筑物和基础设施排放的紧迫性，以及低碳设计和施工的潜力 混凝土，所有利益相关者-AEC公司，水泥和混凝土制造商，建筑项目的公共和私人买家以及政府-必须认真和迅速地采取这些行动。 1 介绍 用混凝土推广低碳设计：实现净零建筑的途径。 建筑物和基础设施约占全球碳排放量的40% 每年的排放量。这些排放的有意义份额在使用资产之前被释放 –通过建筑材料的生产（估计建筑材料占15-20%，基础设施占50-60%，尽管可能因项目和地理位置而异）和建筑活动。余数在使用资产期间发出 通过能源消耗，维修，维护以及在其使用寿命结束时，从拆除和浪费。项目买家和投资者、建筑师和工程师在施工开始前做出的设计决策，以及承包商在整个建筑过程中对使用哪种材料以及如何使用它们的选择，对资产的总生命周期排放有有意义的影响。 图1在整个项目生命周期中，建筑环境约占全球排放量的40% 建筑环境生命周期 量 ~GtCO2 阶段设计产品施工使用生命的结束 总建筑环境二氧化碳 排放 11-13GtCO2 建筑 2-3GtCO2 基础设施 %的排放GtCO2 资料来源：国际能源署，“2020年能源技术展望”;国际能源署，“跟踪报告-建筑物”;卡介苗分析。 注：基于欧洲标准EN-15978的生命周期分析-包括材料，结构，操作和报废排放;不包括材料再利用和回收的信用。 建筑、工程、材 料规格 物质生产和采购 关键系统的结 构和连接 操作,维修和保养 拆卸和回收或处置废 物 15-20% <5% 75-80% <5% 可以忽略不计,但 影响排放价值链 50-60% 10-15% 20-30% 5-10% 水泥和混凝土的作用 混凝土和水泥（混凝土中必不可少的材料）是地球上消耗最多的人造资源，约占全球碳排放量的7%和建筑物材料排放量的30%。混凝土和水泥的中心地位以两种关键方式影响建筑物和基础设施的碳足迹：直接通过它们在制造和施工过程中产生的碳排放，以及间接通过它们对建筑项目的能源效率、耐用性和寿命的积极贡献。 全球对水泥的需求正在增加，在没有任何行动响应净零排放呼吁的情况下，预计从2020年到2030年将增长20%。3混凝土的许多特性，包括强度、耐久性、耐火性、循环性、可用性、弹性、热性能和可负担性，使其成为关键混凝土不可或缺的 基础设施和建筑，最终影响数十亿人的健康、安全和生活质量 。因此，为了减少建筑物和基础设施的排放，同时满足社会 需要，必须研究混凝土的使用，以及减少与之相关的碳排放的方法 。 图2混凝土约占建筑物材料排放的30% 建筑物和材料相关排放的比例 25% 钢 10% 化学品和塑料 23% 其他建筑材料 30% 混凝土 12% 铝 来源:BCG分析。 设计的作用 与供应水泥、混凝土和其他建筑材料的材料生产商一起， AEC公司可以显着影响项目的碳排放。这些选择 公司在项目的初始阶段确定所使用的材料和施工技术， 运行期间的能源消耗、维修和维护，以及使用寿命结束时的弹性、寿命、循环性和可回收性。这些因素最终决定了项目多年来的总碳排放量。当然，这些设计决策也受到项目买家（公共和私人）的影响，他们设定项目优先级和预算，以及发布建筑和施工法规的政府。 通过从一开始就设定并努力实现最大限度地减少碳排放的目标，项目买家、AEC公司以及水泥和混凝土生产商可以合作 减少整个建筑和基础设施生命周期的碳排放。这样做有障碍和挑战需要解决，但这是一个巨大的机会，可以产生重大影响。 实现将全球平均气温升幅限制在比工业化前水平高1.5°C的目标。 图3建筑和基础设施价值链的说明性视图 政府 调节建筑物和建筑 行业 设计和构建项目 客户端 定义项目要求以及功能和美学需求 水泥和混凝土生产商 生产和提供材料 建筑公司 采购材料，安排项目和构建结构 工程公司 设计结构系统和指定材料 建筑设计公司 根据客户需求和政府法规进行设计 来源:BCG